JPH1049023A - クリーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間転写体を劣化させたり、汚したりするこ
となく効率的に転写残トナーを回収するようにする。 【解決手段】 中間転写体８に帯電ローラ１５を接触ま
たは微小な間隙で配設するとともに、帯電ローラ１５に
帯電バイアス電源１６の帯電バイアスを印加する。この
際の帯電バイアス電源１６が印加する帯電バイアスはＤ
Ｃ電圧にＡＣ電圧を重畳させた電圧である。そして、帯
電バイアス電源１６を帯電ローラ１５に印加することに
より中間転写体８に残留している二次転写残トナーを一
次転写部において感光ドラム１に回収させるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中間転写方式の画
像形成装置におけるクリーニング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の発展に伴って、文書
や画像をカラーで出力するニーズが広がっており、各種
方式のプリンタが発売されてきている。カラー画像形成
方式としては、昇華型、熱転写型、インクジェット方式
などの画像形成装置が用いられているが、高速で画像形
成を行うためには電子写真方式が最も優れているといわ
れている。

【０００３】この電子写真方式の画像形成装置の中でも
転写紙を選ばないで画像形成が行え、かつカラーレジス
トレーションに優れている中間転写方式が主流を占めつ
つある。

【０００４】中間転写方式の画像形成装置では、第１の
像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下
単に「感光ドラム」という）上に形成されたイエロー、
マゼンタ、シアン、場合によってはブラックの各単色画
像をそれぞれ第２の像担持体としての中間転写ドラム
（固体ドラム）またはベルト状の中間転写体上に重ね合
わせ、最後に一括してフルカラー画像を第３の像担持体
としての転写紙上に転写を行う。

【０００５】この中間転写方式は、中間転写ドラムに転
写紙を巻き付ける必要がないため、封筒や厚紙に対応す
ることができ、汎用性が高く、かつ転写紙の厚みによっ
てカラーレジストレーションが変化することがないた
め、高画質が得られるというメリットがある。

【０００６】ところで、中間転写ドラムから転写紙への
二次転写効率は１００％にすることはできないため、画
像形成後は中間転写ドラム上に微量の転写残トナーが残
ることになり、そのままでは次の画像形成に悪影響を及
ぼす。なお、紙に転写されなかったトナ−を以後二次転
写残トナ−と称す。

【０００７】これを防止するために、中間転写ドラム上
にクリーニングブレードを設けて転写残トナーを回収し
たり、転写残トナーをファーブラシによって飛散させた
りすることにより次の画像形成時におけるトナー画像の
汚れを目立ちにくくする方法が用いられてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように中間転写ドラムにクリーニングブレードやファ
ーブラシを当接させて物理的に転写残トナーを回収しよ
うとすると、中間転写ドラムの表面を傷つけてしまった
り、トナーを埋め込んでしまうという問題点が発生す
る。

【０００９】第２の像担持体としての中間転写体は、感
光ドラムとの間に一定のニップ幅を保って接触し、一次
転写を行わなければならないため、弾性が要求される。
中間転写体が中間転写ドラムの場合にはゴム層の上にコ
ーティングを施したものが、また中間転写ベルトの場合
にはゴムベルトや樹脂ベルトの上にコーティングを施し
たものが一般的に用いられている。これらコーティング
層は、各種有機バインダーに滑材や抵抗調整用のフィラ
ーを分散させたものが用いられるが、物理的な摺擦には
弱いという問題点がある。

【００１０】特に、電子写真方式のプリンタには長寿
命、高耐久が要求されるため、中間転写体の劣化、汚れ
は画像形成装置本体の寿命を短くすることになってしま
い、中間転写体を傷付けることなく、転写残トナーを回
収する方法が望まれていた。

【００１１】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、中間転写体を劣化させたり、汚
したりすることなく効率的に転写残トナーを回収するこ
とができるようにしたクリーニング装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明に係るクリーニング装置は、
第１の像担持体との間の一次転写部で、該像担持体上に
形成されたトナー画像が一次転写される第２の像担持体
と、該第２の像担持体から第３の像担持体にトナー画像
を二次転写する転写手段と、前記第２の像担持体上に残
った転写残トナーを接触帯電するトナー回収帯電手段と
を備え、該トナー回収手段によって帯電された二次転写
残トナーを前記一次転写部から前記像担持体に回収する
ものであって、前記トナー回収手段は、クリーニング部
材と、該クリーニング部材に電圧を印加する帯電バイア
ス電源とを備え、該帯電バイアス電源は、ＤＣ電圧にＡ
Ｃ電圧を重畳させた電圧を前記クリーニング部材に印加
することを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、前記トナー
回収手段は、そのクリーニング部材として帯電ローラを
用いる。

【００１４】請求項３記載の発明は、前記帯電ローラ
が、多層構成であり、かつ最表層の体積抵抗値が該最表
層より内側の内部層の体積抵抗値よりも大きく設定され
ている。

【００１５】請求項４記載の発明によれば、前記帯電バ
イアス電源からの帯電バイアスは、現像手段によって帯
電される現像剤の極性と逆極性のＤＣ電圧に、前記第２
の像担持体と前記クリーニング部材との間に放電が発生
するような電圧の少なくとも２倍以上のピーク間電圧で
あるＡＣ電圧を重畳させた電圧に設定されている。

【００１６】請求項５記載の発明は、前記帯電バイアス
電源からの帯電バイアスのＤＣ電圧分が、定電流制御に
より、ＡＣ電圧分が定電圧制御によりそれぞれ設定され
る。

【００１７】請求項６記載の発明は、前記帯電バイアス
電源から印加されるＡＣ電圧が、低湿度の環境下よりも
高湿度の環境下の方が大きい。

【００１８】請求項７記載の発明は、前記第２の像担持
体上で帯電されて前記第１の像担持体に回収される前の
前記二次転写残トナーのトリボをＱ₁ とし、前記第１の
像担持体によって帯電されて一次転写される前のトナー
のトリボをＱ₂ としたとき、Ｑ₁ とＱ₂ とは逆極性であ
り、かつ｜Ｑ₁ ｜＜｜Ｑ₂ ｜なる関係にある。

【００１９】請求項８記載の発明によれば、第１の像担
持体は、感光ドラムである。

【００２０】請求項９記載の発明によれば、前記第２の
像担持体は、中間転写体である。

【００２１】［作用］以上の構成に基づいて、第２の像
担持体にクリーニング部材を接触させるとともに、該ク
リーニング部材に帯電バイアス電源の帯電バイアスを印
加する。この際の帯電バイアス電源が印加する帯電バイ
アスはＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた電圧とする。こ
れにより第２の像担持体に残留している二次転写残トナ
ーを一次転写部において第１の像担持体に回収させるよ
うにした。

【００２２】また、多層構成のクリーニング部材の最表
層の体積抵抗値を内側の内部層の体積抵抗値よりも大き
く設定する。

【００２３】さらに、帯電バイアスのＤＣ電圧に重畳さ
れるＡＣ電圧を定電圧制御したり、環境検知によってＡ
Ｃ電圧を低く制御するようにして高湿度環境で効率的な
トナーの回収を行うとともに、低湿環境でのＡＣ電圧の
過剰な印加などの弊害をなくすようにした。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る画像形成装置を示す概略構成図であって、図１
に示す画像形成装置は、中間転写方式の電子写真フルカ
ラープリンタであり、この電子写真フルカラープリンタ
は、Ａ３が最大通紙幅サイズであり、プロセススピード
が１００mm／sec である。

【００２５】同図において、１は感光ドラムであり、こ
の感光ドラム１は例えば直径８６mmのＯＰＣ感光ドラム
である。そして、感光ドラム１は、アルミニウムドラム
基板上に下引き層、電荷注入防止層、電荷発生層、電荷
輸送層および保護層を備えた構成である。保護層は光硬
化性のアクリルバインダーに抵抗値調整のための酸化ス
ズと、離型性のためのテフロン粒子とを分散させたもの
である。

【００２６】この感光ドラム１は、図示矢印Ｒ１の回転
方向に沿って順に、感光ドラム１を−５００Ｖに均一帯
電させる帯電手段２，３、画像情報書き込み手段４、現
像手段６，７、第２の像担持体としての中間転写体８お
よびクリーニングブレード９ａを有するクリーニング装
置９が備えられている。

【００２７】帯電手段は、帯電部材としての帯電ローラ
２にバイアス電源３を接続した構成であり、バイアス電
源３から帯電ローラ２に印加される電圧が−５００Ｖの
直流電圧に、１０００Ｈｚの正弦波で２０００Ｖのピー
ク間電圧Ｖppの交流電圧を重畳させたものである。そし
て、バイアス電源３から帯電ローラ２に電圧を印加する
ことにより絶縁体の感光ドラム１に対して放電によって
電荷を移動させて帯電を行う。

【００２８】帯電された感光ドラム１の表面には、画像
情報書き込み手段４によって画像信号に同期して強度変
調されたレーザ光が画像露光され、静電潜像が形成され
る。レーザ光によって露光された部分の感光ドラム１の
表面電位（明部電位）は−２００Ｖになるようにレーザ
光強度が設定されている。

【００２９】現像手段は、独立した磁性一成分の現像器
６と、この現像器６とは別に設けたロータリ方式の非磁
性一成分の現像器７と、不図示の現像バイアス電源とを
備えたもので、現像器６はブラック画像を現像し、現像
器７はシアン、マゼンタ、イエローの色画像を現像す
る。そして、感光ドラム１に形成された静電潜像は、現
像器６，７によって可視画像化され、トナー画像が形成
される。現像器６に内蔵されているブラックトナーは、
粒径６μｍの粉砕トナーに球状化処理を施したものであ
り、ポリエステルバインダーに対してマグネタイト１０
０部、他に荷電制御剤、滑剤などを内添したものであ
る。また、現像器７に内蔵されているカラートナーは、
重合法によって製造され、ワックスを内包するカプセル
タイプの球形非磁性トナーである。

【００３０】プリントを行う場合には、必要とされる色
に応じて現像器６，７が感光ドラム１に対向する所定の
位置に移動し、静電潜像を現像する。それぞれの現像器
６，７には−３５０Ｖの直流に、２０００Ｈｚ、ピーク
間電圧２０００Ｖの矩形波を重畳したバイアスが印加さ
れ、現像スリーブと感光ドラム１との間に交番電界を形
成し、トナーを飛翔させるジャンピング方式で反転現像
を行う。

【００３１】次に、中間転写体８について述べる。

【００３２】中間転写体８には、一次転写バイアスを印
加するバイアス電源８ａが接続されるとともに、転写ロ
ーラ１１が不図示の給紙部からの転写紙を搬送する転写
ベルト１２を介して接触している。また、転写ローラ１
１には二次転写が印加される二次転写バイアス電源１３
が接続されている。そして、中間転写体８には、クリー
ニング部材としての帯電ローラ（接触帯電部材）１５が
接触しており、この帯電ローラ１５には帯電バイアス電
源１６が接続され、帯電ローラ１５と帯電バイアス電源
１６とによってトナー回収手段１７が構成されている。

【００３３】本実施の形態で用いた中間転写体８は、直
径１８６mmの固体ドラムに形成されており、最大通紙サ
イズの第３の像担持体としての転写紙（本実施の形態で
はＡ３サイズ）に相当する画像が書き込めるような周長
を持っている。

【００３４】金属のドラム８ｂ上には弾性層として中抵
抗のゴム層８ｃが肉厚５mmで被覆され、さらにこのゴム
層８ｃは離型性を確保するために２０μｍのコーティン
グが施されている。ゴムはＮＢＲとエチレンオキシドと
で形成されており、エチレンオキシドによって体積抵抗
値を１０⁵ Ωcmに低抵抗化している。コーティングはア
クリルバインダーにＰＴＦＥ粒子を４００部分散させた
ものであり、中間転写体８の表面上の１０cm² の領域と
金属ドラムとの間に１００Ｖの電圧を印加して測定した
電流から換算した抵抗値は１０⁶ Ωである。

【００３５】感光ドラム１上のトナーを中間転写体８上
に一次転写するために金属ドラムには一次転写バイアス
としてバイアス電源８ａから＋１００Ｖを印加する。実
際には感光ドラム１上のトナー画像が形成される領域は
露光位置であるＶＬ＝−２００Ｖになっているため、一
次転写コントラストはこれらの差分の３００Ｖとなって
いる。

【００３６】フルカラー画像を形成する場合は中間転写
体８は４回転し、それぞれの回転で順次イエロー、マゼ
ンタ、シアン、ブラックの単色のトナー画像が感光ドラ
ム１から転写され、最終的には各色のトナー画像が積層
されてフルカラートナー画像が形成される。

【００３７】感光ドラム１は、表面の一次転写残トナー
がクリーニングブレード９ａによって掻き取られ、次の
画像形成に備えられる。

【００３８】中間転写体８上のトナー画像は、不図示の
給紙部から供給された転写紙に一括転写されるわけであ
るが、磁性トナーと非磁性トナーとのトリボ（単位重量
当りのトナ−の持つ電荷量）が異なることや、中間転写
体８が４回転するうちに感光ドラム１と中間転写体８と
の間のニップ部で電荷の移動が発生することからトナー
層をコロナ帯電器１０によってマイナスに再帯電する必
要がある。コロナ帯電器１０は中間転写体８に対向配置
され、電流源１４によって−２００μＡのワイヤ電流が
流されるコロトロン帯電器であり、トナー層は再帯電さ
れることによってトリボの絶対値が上昇する。具体的に
は−１０μＣ／ｇ程度だった磁性トナーのトリボは−３
０μＣ／ｇに上昇し、非磁性トナーのトリボは−３０μ
Ｃ／ｇから−５０μＣ／ｇまで上昇する。

【００３９】本実施例では、トリボを測定する方法とし
て、中間転写体上のトナ−をエア−によって吸引し、サ
ンプリングされたトナ−の重量と、電荷量を、電子てん
びんとファラデ−ゲ−ジで測定した値から算出し、μＣ
／ｇの単位で定義した。

【００４０】中間転写体８は、直径が２００mmと大き
く、転写紙を曲率分離できないため、中間転写体８から
転写紙への二次転写は転写ローラ１１を介して転写ベル
ト１２で行われる。

【００４１】転写ベルト１２は転写紙を吸着させるた
め、導電性のウレタンベルト上に３０μｍのＰＶＤＦの
コーティングを行って静電容量を大きくしたものであ
り、ベルトの１０cm² の領域とベルト基体との間に１０
００Ｖの電圧を印加して測定した抵抗値は１０¹⁰Ω、同
じ測定領域で１Ｖ、１０００Ｈｚの電圧を印加して測定
した静電容量は、１ｎＦであった。

【００４２】転写ローラ１１は低抵抗のゴムローラであ
り、そのインピーダンスは実質上転写ベルト１２の表層
の低抵抗のみに依存する。

【００４３】この転写ベルト１２に＋２０μＡの転写電
流を流してトナー画像を転写紙上に転写する。

【００４４】一般的な電子写真方式の画像形成装置にお
ける転写効率は８５％程度であり、本実施の形態のプリ
ンタでは二次転写前のトナー層を再帯電しているため、
転写効率を９５％程度にまで高めることができるが、中
間転写体８とトナーとの間の鏡映力や、ファンデルワー
ルス力が存在するため、静電転写方式で転写効率を１０
０％にすることは難しく、転写残トナーが残ることは避
けられない。

【００４５】この転写残トナーは一般的には転写電流に
よって反転されたプラス電荷を持つことになるが、転写
電流が低い時や転写紙の抵抗値が低い時にはマイナス電
荷のままであることもあり、不安定である。

【００４６】本実施の形態の電子写真方式の画像形成装
置では、一次転写ニップにおいて次画像の一次転写を行
いながら、前画像の転写残トナーを同時回収するプロセ
スが用いられる。

【００４７】前述したように、感光ドラム１は、表面に
静電潜像が形成されることにより−２００〜−５００Ｖ
の表面電位を持つことになり、中間転写体８には、バイ
アス電源８ａから＋１００Ｖのバイアスが印加されてい
る。したがって、一次転写ニップに働く力は、マイナス
トナーが中間転写体８に向かう力であり、プラストナー
が感光ドラム１に戻る力である。

【００４８】また、次画像の転写されるべきトナーは−
１０μＣ／ｇ程度のトリボを持っているため、感光ドラ
ム１から中間転写体８に転写することができるが、二次
転写残トナーは先に述べたようにトナートリボが低かっ
たり、不安定な感光ドラム１に回収されず、次画像にク
リーニング不良やゴーストとして現れ、画像不良を引き
起こしてしまうことがある。

【００４９】そこで、二次転写後の二次転写残トナーを
強制的に帯電して感光ドラム１に回収させるトナー回収
手段１７を用いた手法が考案されており、一定の効果を
あげている。

【００５０】トナー回収手段１７としては、接触帯電部
材である帯電ローラ１５を用い、中間転写体８と接触さ
せて帯電バイアス電源１６から電流を流すことによって
二次転写残トナーも同時に帯電するものである。以下、
感光ドラム１に接触する帯電ローラ２と区別するために
二次転写残トナー除電用の帯電ローラ１５をＩＣＬロー
ラ１５という。

【００５１】ＩＣＬローラ１５によるトナー層の帯電は
放電によって行われる。これは本実施の形態で用いてい
るトナーが絶縁性トナーであるためであり、中抵抗の中
間転写体８やＩＣＬローラ１５から電荷の注入をほとん
ど受けず、専らＩＣＬローラ１５の表面からの放電によ
ってのみしか帯電を受けない。

【００５２】しかし、従来のようにＩＣＬローラにＤＣ
電圧のみを印加してトナー層の帯電を行った場合には、
帯電を受けるのはトナー層の最表層だけになってしま
う。つまり、トナー層の表層は高いトリボを持ったプラ
ストナーになり、内部層には帯電を受けていない比較的
低いトリボのトナーが残ってしまう。このような状態の
トナー層をクリーニングしようとすると、以下に述べる
ようなクリーニング不良とネガゴーストとの二つの問題
が発生することになる。 （１）クリーニング不良 ＩＣＬローラを通過して帯電を受けたトナーの内部層が
低いトリボのままであると、次画像にクリーニング不良
を発生させてしまう。クリーニングは、プラスに帯電さ
れた二次転写残トナーを、感光ドラムと中間転写体との
間の電界で回収することによって行われるため、弱いプ
ラスもしくはマイナスのトリボを持ったトナーは回収さ
れず、次画像のベタ白部にクリーニング不良のポジゴー
ストとして表れ、大きな画像欠陥となる。

【００５３】これを防止するためには内部層のトナーの
トリボもプラスなるような大電流をＩＣＬローラに流す
必要がある。しかし、この場合にはトナー層の表層のト
リボはさらに高いトリボを持つことになる。 （２）ネガゴースト ＩＣＬローラを通過した後のトナー層の最表層は強く帯
電を受けており、そのトリボは＋５０μＣ／ｇ以上にも
達する。このようなトナーは一次転写ニップでクリーニ
ングされる際に、次画像に悪影響を与える。クリーニン
グと同時に一次転写を行われる次画像のトナートリボ
は、ブラックトナーの場合には−１０μＣ／ｇ程度に過
ぎない。したがって、このようなトナーはクリーニング
される強いプラスのトリボを持ったトナーに静電的に吸
着されてしまい、中間転写体に一次転写されることなく
感光ドラムに戻ってしまう。

【００５４】したがって、例えばべた黒画像を形成しよ
うとしても、前画像に対応する部分のトナーが感光ドラ
ムに戻ってしまっているため、濃度差を生じ、ネガゴー
ストとして観察されることになる。

【００５５】具体的には、＋５０μＣ／ｇの二次転写残
トナー１個が、−１０μＣ／ｇの転写されるべきトナー
を５個引き連れてネガゴーストを引き起こすことになる
ため、二次転写残トナー量が少なくても画像に及ぼす影
響は大きくなる。

【００５６】このような現象を防止するためには、ＩＣ
Ｌローラに流す電流を少なくして二次転写残トナーの強
くプラスに帯電された表層のトリボを下げることが有効
であるが、このような対処をすると内部層のトナーは帯
電されないため、クリーニング不良は逆に激しくなる。

【００５７】このように、クリーニング不良とネガゴー
ストは背反するものであり、ＩＣＬローラに流す電流を
大きくすると、ネガゴーストが激しくなり、小さくする
と逆にクリーニング不良が激しくなるため、両者を満足
する領域が見いだせない。

【００５８】これらの現象は現像されるトナーのトリボ
が低くなる高湿環境や、もともとのトリボが低い磁性の
ブラックトナーで顕著になる。

【００５９】高湿環境下では、中抵抗である中間転写体
やＩＣＬローラが吸湿することで抵抗が低下し、同じＩ
ＣＬローラに電流を流してもそのほとんどが直接注入電
流となってしまうため、放電が発生しづらくなり、トナ
ーをプラスに帯電できないことからクリーニング不良が
発生しやすくなる。

【００６０】また、同様に高湿環境下ではトナーが吸湿
し抵抗値が下降することから、特に磁性トナーでは現像
されるべきトナーのトリボが低下し、プラスに帯電され
たクリーニングトナーと吸着して感光ドラムに戻ってし
まうトナーの数が増えることからネガゴーストも悪化す
る。

【００６１】この二つの問題点を解決するためにはＩＣ
Ｌローラ通過後のトナートリボを均一化することが必要
である。表層の強いプラストナーがネガゴーストを引き
起こし、内部層の弱いトリボのトナーがクリーニング不
良を起こしているため、トナー全層を均一にプラスに帯
電すれば、このような問題点を解消することができる。

【００６２】これを実現するために本実施の形態ではＩ
ＣＬローラ１５に帯電バイアス電源１６から印加する帯
電バイアスとしてＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳する。

【００６３】ＡＣ電圧を印加することによってＩＣＬロ
ーラ１５からの放電だけでなく中間転写体８からの逆放
電も励起することができ、トナー層の内部にまで電界を
及ぼすことが可能になる。また、さらに高いＡＣ電圧を
印加した場合には中間転写体８とＩＣＬローラ１５との
間でトナーが飛翔し始めるため、トナー層の中でトナー
の入れ替わりが発生し、さらに均一に帯電することが可
能になる。

【００６４】以下に、具体的な例を示す。

【００６５】本実施の形態で用いたＩＣＬローラ１５は
直径２０mmの単層ソリッドローラである。

【００６６】直径６mmの芯金の上に設けた導電ゴム層は
ＥＰＤＭゴムにカーボンを分散させた体積抵抗値１０⁷
Ωcmに調整した中抵抗ゴムであり、ＩＣＬローラ１５と
しての抵抗値は、ＩＣＬローラ１５を中間転写体８の金
属ドラムに押し当てて幅３mmの接触ニップを形成し、こ
れとローラ芯金の間に１００Ｖの直流電圧を印加して測
定した抵抗値で１０⁶ Ωであった。

【００６７】ＩＣＬローラ１５は非画像形成時は中間転
写体８から離間しており、二次転写残トナーを帯電する
ときだけ帯電バイアスが印加されるように当接するた
め、感光ドラム１への帯電ローラ１５で問題になるよう
なブリードなどの汚染は考慮する必要がない。

【００６８】このＩＣＬローラ１５にＩＣＬ電流として
ＤＣ定電流にＡＣ定電流を重畳したバイアスを印加す
る。定電流に制御する理由は、中間転写体８やＩＣＬロ
ーラ１５の抵抗値が変化してもトナーに一定の電荷を与
えるためである。

【００６９】具体的にはＤＣ成分は＋６０μＡの定電流
として、ＡＣ成分は２０００μＡ、周波数１０００Ｈｚ
の正弦波とする。この電流をＩＣＬローラ１５に流した
とき、３０℃、８０％ＲＨの高温高湿環境下（以下Ｈ／
Ｈ）では４０００Ｖのピーク間電圧、１５℃、１０％Ｒ
Ｈの低温低湿環境下（以下Ｌ／Ｌ）では８０００Ｖのピ
ーク間電圧、通常環境下では６０００Ｖのピーク間電圧
のＡＣ電圧が発生する。この電圧によって二次転写残ト
ナーはＩＣＬローラ１５および中間転写体８の両方から
放電を受け、均一に帯電される。さらに、両者の間で飛
翔（ジャンピング）も発生するため、トナー層は攪乱さ
れ、更なる均一帯電が可能になる。

【００７０】ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した場合には、
ＤＣ成分に関しても放電が起きやすくなっているため、
＋６０μＡを流すために必要なＤＣ電圧は各環境とも５
００Ｖであった。

【００７１】なお、ＤＣ電圧に重畳するＡＣ電圧につい
て、周波数は画像形成装置のプロセススピードから決定
される。本実施の形態ではプロセススピードが１００mm
／sec であるため、中間転写体８上でのＡＣ成分の周期
が十分短くなるように決定されており、周波数１０００
Ｈｚを用いた場合にはピッチ（感光ドラム１の帯電を行
う際のＡＣのサイクルマークに相当する）は１００μｍ
となる。一般的には周期は１mm以下になることが好まし
い。

【００７２】また、ＡＣ電圧は中間転写体８からＩＣＬ
ローラ１５に逆放電が発生し始めるようなピーク間電圧
Ｖppが必要であり、中間転写体８とＩＣＬローラ１５の
放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有することが
望ましく、さらにトナーの飛翔を起こさせる場合にはさ
らに高い電圧を印加する必要がある。

【００７３】両者とも中抵抗領域にある機能部品である
ため、中間転写体８とＩＣＬローラ１５との間の放電開
始電圧を定義することは難しいが、図２に示すように両
者の間にＤＣ電圧を印加し、電流電圧特性の傾きが変化
し始める電圧を放電開始電圧とする。

【００７４】また、ＡＣの波形については中間転写体８
へのダメージを軽減させる意味では高調波を含まない正
弦波が望ましく、低いピーク間電圧Ｖppで効率的な帯電
やトナー飛翔を起こさせるためにはピーク間電圧Ｖppを
長く維持できる矩形波が望ましい。

【００７５】また、ＡＣ電圧（電流）が重畳されるＤＣ
電圧（電流）に関しては、これを変化させることによっ
てＩＣＬローラ１５通過後のトナートリボを制御でき
る。すなわち、印加するＤＣ電圧を高くすることによっ
てＩＣＬローラ１５通過後のトナートリボを高い値にす
ることができる。

【００７６】また、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳させるこ
とによってトナートリボの収束性を期待できるようにな
り、ＩＣＬローラ１５通過前のトナートリボが不安定で
も、通過後のトリボを安定した既定の値にすることがで
きるようになる。

【００７７】以下に、Ｈ／Ｈ環境で実際に実験を行った
例を示す。

【００７８】比較例として、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳
せず、＋６０μＡの直流定電流のみを流した実験を行っ
た。ＤＣ成分のみを印加したとき＋６０μＡ流すために
必要な電圧は３０００Ｖであった。

【００７９】評価は、文字画像、ベタ黒、文字画像、ベ
タ白の順で４枚連続プリントを行い、２枚目のベタ黒で
ネガゴーストを、４枚目のベタ白でクリーニング不良を
評価する。

【００８０】また、ベタ黒画像のプリント中に画像形成
装置を停止させ、クリーニングを行っている最中のＩＣ
Ｌローラ１５の通過前後の二次転写残トナーと、クリー
ニング不良とが発生した場合は、感光ドラム１に回収さ
れなかったトナーのトリボも測定した。

【００８１】評価は、厳しい条件であるＨ／Ｈ環境にて
行った。

【００８２】まず、従来例のＤＣ成分のみを印加するこ
とで評価を行ったところ、クリーニング不良もネガゴー
ストも同時に発生した。これは二次転写残トナーの表層
が強いプラスに帯電し、内部層は弱いトリボのままであ
ることが原因である。このときのトリボ測定値はＩＣＬ
ローラ１５通過前が＋３μＣ／ｇ、通過後が＋５０μＣ
／ｇ、感光ドラム１に回収されなかったクリーニング不
良のトナーのトリボは−５μＣ／ｇであった。通過後の
トリボが高いのは表面のトナーが極端にプラスに帯電さ
れているためであり、クリーニング不良のトナーのトリ
ボがマイナスであることからも、ＤＣのみの印加では二
次転写残のトナー層内でトリボ分布が存在していること
を裏付けている。

【００８３】一方、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したバイ
アスを印加したときにはクリーニング不良もネガゴース
トも発生しないかった。このときのトリボ測定値はＩＣ
Ｌローラ１５通過前が＋３μＣ／ｇ、通過後が＋１０μ
Ｃ／ｇであった。ＩＣＬローラ１５通過後のトリボが比
較的低いのにクリーニング不良が発生しないのは、トナ
ー層内にトリボ分布がなく＋１０μＣ／ｇに均一帯電さ
れているためである。

【００８４】また、文字画像の二次転写残トナーがＡＣ
を印加されたＩＣＬローラ１５を通過している最中に画
像形成装置を停止させて中間転写体８上のトナー像を観
察したところ、ＩＣＬローラ１５通過前は文字がきれい
に読み取れるものの、通過後はトナー画像が飛び散った
ようになっており、中間転写体８とＩＣＬローラ１５と
の間でトナーの飛翔が起こって二次転写残トナーが攪乱
されている様子が観察できた。

【００８５】このように、従来はＩＣＬローラにＤＣバ
イアスしか印加していなかったため二次転写残トナー層
の中にトリボ分布ができて、クリーニング不良やネガゴ
ーストが発生していたが、本実施の形態のようにＤＣ電
圧にＡＣ電圧を重畳することによってトナー層内のトリ
ボ分布を解消することができるようになり、さらに中間
転写体８とＩＣＬローラ１５との間でＡＣ電界によって
トナーが飛翔することでトナーの攪乱を発生させ、トナ
ートリボの均一化がはかれるようになった。 〈第２の実施の形態〉本実施の形態では、ＩＣＬローラ
１５に印加するＡＣ成分を定電圧制御することを特徴と
する。

【００８６】第１の実施の形態では、中間転写体８やＩ
ＣＬローラ１５のインピーダンスが製造上のふれや環境
変動で変化するため、ＡＣ成分、ＤＣ成分ともに定電流
制御することによってそれぞれの間にかかる電界を一定
に制御した。

【００８７】しかしながら、実際にネガゴーストが顕著
になるのはトナーの抵抗値が吸湿によって低下し、トリ
ボが下がるＨ／Ｈ環境のみである。

【００８８】逆に、不必要なＡＣ電圧を印加し続ける
と、ＩＣＬローラ１５と中間転写体８との間には振動電
界が働き、さらに放電も発生しているため、両者の表面
劣化やトナー融着などの問題を引き起こす。

【００８９】この問題を解決するためにはネガゴースト
やクリーニング不良の発生しやすいＨ／Ｈ環境だけＡＣ
電界を形成することが有効である。

【００９０】そこで、本実施の形態ではＡＣ電圧を定電
圧制御とし、Ｈ／Ｈ環境で十分な電界が形成できるよう
なピーク間電圧に設定する。

【００９１】他の環境では中間転写体８やＩＣＬローラ
１５が高抵抗化するため、この部分でＡＣ電圧が消費さ
れるようになり、中間転写体８、ＩＣＬローラ１５の表
面劣化を引き起こすギャップ電界を制限できるようにな
る。言い換えれば、ギャップ電界を環境によって自動補
正するような制御を目的とする。

【００９２】具体的な例を示す。

【００９３】使用したフルカラーの画像形成装置は第１
の実施の形態に示したものと同じものである。

【００９４】ＩＣＬローラ１５に印加するバイアスは、
＋６０μＡに定電流制御したＤＣ成分に、１０００Ｈ
ｚ、ピーク間電圧４０００Ｖの矩形波を重畳したものと
する。これは、Ｈ／Ｈ環境でネガゴーストとクリーニン
グ不良が発生しないように設定した値である。

【００９５】この設定で各環境の評価を行った例を以下
の表１に示す。

【００９６】

【表１】 上の表１はそれぞれピーク間電圧４０００ＶのＡＣ電圧
を印加することによって流れるＡＣ電流と、＋６０μＡ
のＤＣ電流を流すために必要なＤＣ電圧を示している。
中間転写体８とＩＣＬローラ１５との間のギャップにＡ
Ｃ電界がかかって放電が発生している時には、＋６０μ
ＡのＤＣ電流を流すために必要な電圧が低くなっている
ことがわかる。また。Ｌ／Ｌ環境ではＡＣの効果が全く
なくなっており、ＤＣのみ印加の値と同じになってい
る。

【００９７】このように、特にＬ／Ｌ環境では中間転写
体８、ＩＣＬローラ１５のインピーダンスが上昇するた
め、ＡＣ電圧がギャップにかからないようになり、ネガ
ゴーストやクリーニング不良の起きない環境では余分な
放電を抑制することができるようになる。

【００９８】なお、トナーのトリボの低下による画像欠
陥の発生も、中間転写体８、ＩＣＬローラ１５のインピ
ーダンスの低抵抗下も同じ吸湿現象によって引起こされ
るため、このような構成を取ることによって環境の自動
検知が行えることになる。

【００９９】ＡＣ定電圧制御による中間転写体８、ＩＣ
Ｌローラ１５の劣化防止効果について耐久試験を行った
例を示す。本実施の形態のプリンタは、中間転写体８上
に画像形成を行う際に常にホームポジションに戻るた
め、同一画像をプリントすると常に中間転写体８上の同
じ位置に画像が描かれる。

【０１００】このような状態で同じ文字画像を１０００
０枚、プリントし、中間転写体８上の汚れを見た。試験
環境は、ＡＣ定電流制御で電圧が最も高くなるＬ／Ｌ環
境で行った。

【０１０１】ＡＣ定電流制御では１００００枚、プリン
ト後、中間転写体８上に明らかに文字パターンでトナー
が融着しており、トナーがＡＣ電界でＩＣＬローラ１５
によってたたき込まれていることがわかる。一方、ＡＣ
定電圧制御では１００００枚、プリント後も中間転写体
８はほとんど汚れることもなく、耐久性に問題はなかっ
た。

【０１０２】本実施の形態では中間転写体８とＩＣＬロ
ーラ１５との間にかかる電界の制御を、部材のインピー
ダンスの環境変動を利用した自動制御としたが、これを
湿度センサなどを用いて環境判断を行いハードウエア的
に行うことも可能である。

【０１０３】例を挙げると、湿度が高い場合には高いＡ
Ｃ電圧を印加し、逆に湿度が低い場合には相応のＡＣ電
圧にすることによってギャップ電界を一定に、もしくは
所望の値に制御することも可能である。

【０１０４】以上述べたように、本実施の形態ではＩＣ
Ｌローラ１５に印加するＡＣ電圧を定電圧に制御するこ
によって、低湿環境でのＡＣ電圧の過剰な印加を防止す
ることができることになった。また、環境検知を行うこ
とによってＡＣ電圧を適当な値に制御し、不必要な放電
による中間転写体８やＩＣＬローラ１５の劣化を防止す
ることができるようになった。 〈第３の実施の形態〉本実施の形態ではＩＣＬローラの
構成を最適化することによって、効率的な二次転写残ト
ナーのトリボ付与を可能にする。

【０１０５】先に述べたように、本実施の形態で用いて
いるトナーは絶縁性トナーであるので、中抵抗の中間転
写体８やＩＣＬローラ１５から電荷注入はほとんど受け
ず、専らＩＣＬローラ１５の表面からの放電によっての
みしか帯電を受けない。

【０１０６】しかしながら、感光ドラム１に接触帯電部
材で帯電を行う場合は、放電電流は全て感光ドラム１の
表面の電荷になるのに対して、１０⁶ Ω程度の中抵抗で
ある中間転写体８に１０⁸ Ω程度の中抵抗のＩＣＬロー
ラ１５を当接させて電流を流した場合、そのほとんどは
放電に寄与することなく、接触ニップを通って流れしま
う。つまり、流したＩＣＬ電流のほとんどが無効電流と
なってしまう。

【０１０７】中間転写体８と二層タイプのＩＣＬローラ
１５との間の電流経路を模式的に図３（ａ），（ｂ）に
示すが、ＩＣＬローラ１５の層構成を変化させると、Ｉ
ＣＬローラ１５の表面電位が変化することがわかる。

【０１０８】ＩＣＬローラ１５の芯金１５ａに＋１００
０Ｖを印加し、中間転写体８の分圧を１００Ｖ、ＩＣＬ
ローラ１５の低抵抗の層（図３（ａ））の分圧を１００
Ｖ、ＩＣＬローラ１５の高抵抗の層（図３（ｂ））の分
圧を８００Ｖと仮定したときに、実際に放電を起こすニ
ップ外のＩＣＬローラ１５の表面電位を高くするために
はＩＣＬローラ１５の最表層の抵抗値を高くしなければ
ならないことがわかった。

【０１０９】先の例で、電流を制限するためにＩＣＬロ
ーラ１５の基層の抵抗を上げた場合には図３（ａ）に示
すように発生する電圧のほとんどは基層の分圧となって
しまいＩＣＬローラ１５の表面電圧は上昇しないため、
放電は起こらないことになり、無効電流を増やさなけれ
ばならない。

【０１１０】以上の説明からわかるように、ＩＣＬ電流
を効率的にトナーの帯電に使うためには無効電流を減ら
しながらもＩＣＬローラ１５の表面電位をＩＣＬローラ
１５への印加電位に近づける必要があり、このためには
ＩＣＬローラ１５の表面抵抗を高くし、表面電位が高く
なるような構成が効果的であることがわかる。

【０１１１】このためには、ＩＣＬローラ１５を多層構
成とし、最表層の表面抵抗を高くする必要がある。この
ような構成を取ることによって、ＩＣＬローラ１５に流
れる表面電流を制限して無効電流を減らすことが可能に
なる。

【０１１２】具体的には、本実施の形態で用いたＩＣＬ
ローラ１５は表層に高抵抗層を設けた二層タイプのロー
ラであり、直径６mmの芯金１５ａ上に肉厚３mmの低抵抗
弾性層、さらに厚み１０μｍのコーティング層を設けた
ものである。

【０１１３】低抵抗層弾性層は、ＥＰＤＭゴムにカーボ
ンを分散させて体積抵抗値１０³ Ωcmに調整し型内発泡
させたスポンジ層である。成形時に型の中で発泡させて
いるため、ローラ表面には薄いスキン層と呼ばれる膜が
形成されており、その後のコーティングが容易となる。

【０１１４】表面高抵抗層はアクリル樹脂であり、ディ
ッピングコートで膜厚１０μｍにしてある。表面の抵抗
値は先に述べた理由からできるだけ高い方が好ましい
が、１０¹³Ωcm以上になると局所的な放電が始まってし
まい、トナー層を均一帯電できなくなる。具体的には局
所的に放電した部分を中心に斑点状の放電マークを生じ
ることがあり、この模様に従ったクリーニング不良が発
生する。

【０１１５】これを防止するためにはコーティング材料
にカーボンや酸化スズなどの導電フィラーを分散させて
抵抗値処理をすることも可能であるが、本実施の形態で
は極性基を持ち若干のイオン導電性を示すようなコーテ
ィング樹脂を用いることによってこの問題を解決した。
本実施の形態ではコーティング材料として体積抵抗値１
０¹²Ωcmの旭電化工業製の商品名アデカボンタイターを
用いた。

【０１１６】体積抵抗値は、１００μｍの導電アルミシ
−ト上にコ−ティング材料を３０μｍ程度バ−コ−ト法
により塗布し、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製高低抗計にＪＩ
Ｓ法に準処した高低抗側定チャンバ−を取り付けて測定
した値で定義した。

【０１１７】コーティングを行ったＩＣＬローラの抵抗
値は、ローラを金属ドラムに押し当てて幅３mmの接触ニ
ップを形成し、これと芯金との間に１００Ｖの直流電圧
を印加して測定した抵抗値で、抵抗値は１０⁸ Ωであっ
た。第１の実施の形態の単層ローラではローラ全体が抵
抗体となっていたのに対し、本実施の形態のＩＣＬロー
ラでは表面の１０μｍの薄膜がほとんどの抵抗値を担っ
ている。

【０１１８】このようにして作製したＩＣＬローラ１５
を用いて実験を行った例を示す。

【０１１９】まず、ＩＣＬローラ１５にＤＣバイアスの
みを印加した例では、ＩＣＬローラ１５通過後のトナー
トリボを第１の実施の形態と同様に＋５０μＣ／ｇに帯
電するために必要な電流、電圧は単層ローラでは＋６０
μＡ、＋３０００Ｖであったのに対し、本実施の形態の
二層ローラでは＋３０μＡ、＋２０００Ｖの電流、電圧
を必要とするのみであった。

【０１２０】これは、第１の実施の形態のＩＣＬローラ
ではＩＣＬローラ全体が抵抗体であったので、ローラ自
体が持つ印加電圧の分圧が大きかったためと、抵抗値が
低かったため、無効電流が多く流れ、放電を起こさせる
ためには余分な電流が必要であったためである。

【０１２１】本実施の形態のローラでは表面高抵抗の薄
層だけが抵抗層を担っており、かつローラ自体も高抵抗
であるため、ＩＣＬローラ１５に印加された電圧がその
ままローラ表面電位となっており、かつ中間転写体８に
注入される無効電流を大幅に抑制することができる。

【０１２２】次に、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させてネ
ガゴーストとクリーニング不良を防止できる条件を探し
たところ、単層のローラではＨ／Ｈ環境で４０００Ｖの
ピーク間電圧、２５００μＡのＡＣ電流、３０００Ｖ、
６０μＡのＤＣ電流を流す必要があったのが、本実施の
形態のローラではＨ／Ｈ環境で２０００Ｖのピーク間電
圧、２５００μＡのＡＣ電流、２０００Ｖ、２０μＡの
ＤＣ電流だけですむようになった。

【０１２３】特に、ＡＣ成分に関しては、本実施の形態
のＩＣＬローラ１５は静電容量が大きくなるため、イン
ピーダンスが小さくなり、一定のＡＣ電流を流したとき
にＩＣＬローラ１５にかかる分圧が小さくなるという利
点がある。

【０１２４】さらに、本実施の形態のＩＣＬローラ１５
では表面抵抗値が高いためローラ上のある部分で放電が
発生して電圧降下が起こっても、他の部分ではこれに引
きずられることなくローラの芯金電位を保てるため、相
対的に放電ニップを広くとれるようになり、より効率的
な帯電が行えるようになった。

【０１２５】以上述べたように、本実施の形態ではＩＣ
Ｌローラ１５を多層構成とし、その表面の体積抵抗値を
高くすることにより中間転写体８への注入による無効電
流を最小限にし、さらにより低い電圧、少ない電流で二
次転写トナーを有効に帯電できるようになった。

【０１２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
２の像担持体にクリーニング部材を接触または微小な間
隙をもって配設するとともに、該クリーニング部材に、
帯電バイアス電源によりＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させ
た帯電バイアスを印加するようにしたので、第２の像担
持体に残留している二次転写残トナーを一次転写部にお
いて第１の像担持体に第２の像担持体を劣化させたり、
汚れさせたりすることなく確実に回収させることができ
る。

【０１２７】また、前記クリーニング部材を多層構成と
し、表層の体積抵抗値を大きくすることによってより低
い電圧でトナーを回収させることができる。

【０１２８】さらに、ＡＣ電圧を定電圧制御したり、環
境検知によってＡＣ電圧を低く制御することによって、
高湿度環境で効率的なトナーの回収を行いながらも、Ａ
Ｃ印加による低湿環境での弊害を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置
を示す概略構成図である。

【図２】中間転写体とＩＣＬローラとの間の電流−電圧
特性を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態で用いた二層タイプ
の帯電ローラの構成を示し、（ａ）は表層低抵抗のＩＣ
Ｌローラを示す模式図、（ｂ）は表層高抵抗のＩＣＬロ
ーラを示す模式図である。

【符号の説明】

１ 第１の像担持体（感光ドラム） ４ 画像書き込み手段 ６ ブラック現像器 ７ カラー現像器 ８ 第２の像担持体（中間転写体） １１ 転写手段（転写ローラ） １２ 転写手段（転写ベルト） １５ クリーニング部材（帯電ローラ） １６ トナー回収手段（帯電バイアス電源） １７ トナー回収手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の像担持体との間の一次転写部で、
   該像担持体上に形成されたトナー画像が一次転写される
   第２の像担持体と、該第２の像担持体から第３の像担持
   体にトナー画像を二次転写する転写手段と、前記第２の
   像担持体上に残った転写残トナーを接触帯電するトナー
   回収帯電手段とを備え、該トナー回収手段によって帯電
   された二次転写残トナーを前記一次転写部から前記像担
   持体に回収する画像形成装置において、 前記トナー回収手段は、クリーニング部材と、該クリー
   ニング部材に電圧を印加するバイアス電源とを備え、 該帯電バイアス電源は、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させ
   た電圧を前記クリーニング部材に印加する、 ことを特徴とするクリーニング装置。
2. 【請求項２】 前記トナー回収手段は、そのクリーニン
   グ部材として帯電ローラを用いる、 ことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
3. 【請求項３】 前記帯電ローラが、多層構成であり、か
   つ最表層の体積抵抗値が該最表層より内側の内部層の体
   積抵抗値よりも大きく設定されている、 ことを特徴とする請求項２記載のクリーニング装置。
4. 【請求項４】 前記帯電バイアス電源からの帯電バイア
   スは、現像手段によって帯電される現像剤の極性と逆極
   性のＤＣ電圧に、前記第２の像担持体と前記クリーニン
   グ部材との間に放電が発生するような電圧の少なくとも
   ２倍以上のピーク間電圧であるＡＣ電圧を重畳させた電
   圧に設定されている、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１
   記載のクリーニング装置。
5. 【請求項５】 前記帯電バイアス電源からの帯電バイア
   スのＤＣ電圧分が、定電流制御により、ＡＣ電圧分が定
   電圧制御によりそれぞれ設定される、 ことを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。
6. 【請求項６】 前記帯電バイアス電源から印加されるＡ
   Ｃ電圧が、低湿度の環境下よりも高湿度の環境下の方が
   大きい、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１
   記載のクリーニング装置。
7. 【請求項７】 前記第２の像担持体上で帯電されて前記
   第１の像担持体に回収される前の前記二次転写残トナー
   のトリボをＱ₁ とし、前記第１の像担持体によって帯電
   されて一次転写される前のトナーのトリボをＱ₂ とした
   とき、 Ｑ₁ とＱ₂ とは逆極性であり、かつ｜Ｑ₁ ｜＜｜Ｑ₂ ｜
   なる関係にある、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１
   記載のクリーニング装置。
8. 【請求項８】 第１の像担持体は、感光ドラムである、 ことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
9. 【請求項９】 前記第２の像担持体は、中間転写体であ
   る、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１
   記載のクリーニング装置。